Tiny TnpB: Bitkiler için yeni nesil genom düzenleme aracı tanıtıldı
Genom düzenleme, zamanımızın dönüştürücü bilimsel atılımlarından biri olarak karşımıza çıkıyor. Yaşamın tam koduna dalmamızı ve hassas değişiklikler yapmamızı sağlıyor. Bir organizmanın neredeyse her şeyini belirleyen genetik talimatları yeniden yazabildiğinizi hayal edin: nasıl göründüğü, davrandığı, çevresiyle nasıl etkileşime girdiği ve benzersiz özellikleri.
Genom düzenlemenin gücü budur.
Mikroorganizmaların, hayvanların ve bitkilerin genetik dizilerini değiştirmek için genom düzenleme araçlarını kullanıyoruz. Amacımız? İstenilen özellikleri geliştirmek ve istenmeyen özellikleri ortadan kaldırmak. Bu teknolojinin etkisi biyoteknoloji, insan terapötikleri ve tarımda hissedilmiş olup, hızlı ilerlemeler ve çözümler getirmiştir.
Genom düzenlemede en yaygın kullanılan proteinler Cas9 ve Cas12a'dır. Bu proteinler genetik dünyanın makasları gibidir ve DNA'yı kesmemize ve düzenlememize olanak tanır. Ancak, 1.000-1.350 amino asitten oluşan oldukça hacimlidirler. Baz düzenleme ve birincil düzenleme gibi gelişmiş düzenleme teknolojileri, Cas9 ve Cas12a ile ek proteinlerin füzyonunu gerektirir ve bu da onları daha da hacimli hale getirir. Bu hacimlilik, bu proteinlerin genetik materyalin bulunduğu hücrelere verimli bir şekilde iletilmesinde bir zorluk oluşturur.
Ancak şimdi heyecan verici bir gelişmemiz var: Bu sınırlamayı aşmayı vaat eden minyatür bir alternatif. Plant Biotechnology Journal'daki son makalemizde , bitkilerde genom düzenleme için daha küçük ancak oldukça etkili bir yeni nesil araç olan TnpB'yi tanıttık.
TnpB'ler Cas12 nükleazının minik atalarıdır
TnpB proteinleri, RNA tarafından yönlendirilen transpozon ilişkili nükleazlardır. Bunlar Cas12 nükleazlarının evrimsel ataları olarak kabul edilir. TnpB, Cas12a'ya işlevsel olarak benzese de, toplam amino asit sayısı 350-500 arasında değişen çok daha kompakt bir yapıya sahiptir. Perspektif olarak ifade etmek gerekirse, TnpB, Cas9 ve Cas12a'nın üçte biri büyüklüğündedir. Cas9 ve Cas12a futbol topları gibiyse, TnpB'ler beyzbol topları gibidir.
Deinococcus radiodurans'tan TnpB nükleazını kullanarak hiperkompakt bir genom düzenleyici geliştirdik. Bu bakteri, aşırı ortamlarda hayatta kalma yeteneği ve radyasyona karşı olağanüstü direnciyle bilinir. D. radiodurans'tan elde ettiğimiz TnpB'miz yalnızca 408 amino asit uzunluğundadır.
Kısa bir RNA, TnpB için bir kılavuz görevi görerek onu hedef DNA dizisine yönlendirir. Bu RNA tarafından belirlenen TnpB, hedefe bağlanır ve DNA'nın her iki ipliğini de keser. Kırık uçlar hücre tarafından yeniden kapatıldığında, DNA harflerinin eklenmesi veya silinmesi istemeden meydana gelebilir. Bu eklemeler veya silinmeler genetik dizilerin modifikasyonuyla sonuçlanır.
Ek bir özgüllük düzeyi mevcuttur: Hedef dizi, bir Transpozon İlişkili Motif (TAM) dizisine bitişik olmalıdır. Bu TAM, Cas9 ve Cas12'nin PAM dizisine benzerdir. D. radiodurans'tan TnpB için özgül TAM, hedef dizinin yukarısında bulunması gereken TTGAT'tır. Bu anlamda, TnpB, Cas9'un ulaşamadığı genomik loküslere erişebilir.
TnpB'nin bitki genomu düzenlemesi için yeniden kullanılması
Bitki sistemleri için bir genom düzenleyici geliştirmek amacıyla öncelikle TnpB proteini için diziyi kodon açısından optimize ettik. Ayrıca, yüksek verimli bitki genom düzenlemesi için yeterli kılavuz RNA üretmek üzere düzenleyici unsurların kombinasyonlarını optimize ettik. Pirinç protoplastlarında dört farklı genom düzenleme vektör sistemi versiyonunu test ederek en etkili versiyonu belirledik.
Pirinç bir monokotiledondur ve monokotiledonlarda iyi çalışan sistemler dikotillerde iyi performans gösteremeyebilir. Bu nedenle, dikotile özgü TnpB vektörleri ürettik ve Arabidopsis'te başarılı bir düzenleme gösterdik. İlginç bir şekilde, çoğu delesyonun hem pirinçte hem de Arabidopsis'te hedef lokuslarda meydana geldiğini gözlemledik. Bu, TnpB'yi gen fonksiyonlarını etkili bir şekilde bozmak için uygun hale getirir. TnpB artık antinutrient faktörleri ortadan kaldırmak, besin içeriğini, biyotik ve abiyotik stres direncini ve daha fazlasını artırmak için istenmeyen genleri bozmak üzere genetik mutasyonlar sokmak için kullanılabilir .
Gen aktivasyonu ve tek DNA harf değişimi için ölü bir TnpB
TnpB doğal haliyle programlanabilir bir makas görevi görürken, genleri aktive eden faktörleri işe almak için de uyarlanabilir. Kesme yeteneğini inaktive ederek, deaktive edilmiş TnpB (dTnpB) geliştirdik. dTnpB, kılavuz RNA tarafından belirtilen hedef DNA'ya bağlanma yeteneğini korur. Daha sonra dTnpB'yi ek kargo proteinleriyle birleştirerek bunları hedef genlere yönlendirdik ve bu genleri daha aktif hale getirdik. Bu aktivasyon aracı gen fonksiyonunu artırabilir ve gelecekte daha iyi ürünler yaratmanın yolunu açabilir.
Benzer şekilde, bir DNA harfini diğeriyle değiştirebilen bir araç geliştirmek için dTnpB ile başka bir kargo proteinini birleştirdik. Bu hassas araç, tek harfli çözünürlükle genetik kodu değiştirerek mahsul inovasyonuna olanak tanıyacak.
Bu minyatür genom düzenleyiciyi, daha iyi verim ve artan iklim dayanıklılığına sahip pirinç bitkileri yaratmak için kullanıyoruz. Araştırmamız, TnpB'yi bitki genom mühendisliği için oldukça çok yönlü ve gelecek vaat eden bir araç olarak vurgulamaktadır. Bitki biyologlarının, biyoteknolojistlerin ve yetiştiricilerin çeşitli mahsullerde kullanım için TnpB'yi benimsemesini bekliyoruz.
Bu hikaye , araştırmacıların yayınlanmış araştırma makalelerinden elde ettikleri bulguları rapor edebildiği Science X Dialog'un bir parçasıdır .
More information: Subhasis Karmakar et al, A miniature alternative to Cas9 and Cas12: Transposon‐associated TnpB mediates targeted genome editing in plants, Plant Biotechnology Journal (2024). DOI: 10.1111/pbi.14416
Journal information: Plant Biotechnology Journal
Genetik Haberleri
-
Nesli tükenen canlıların tekrar hayata döndürülmesi ve etik sorunlar
-
Mumyalardan DNA elde etme yöntemleri nelerdir?
-
Son Neandertal’in DNA’sı: 50.000 Yıllık İzolasyon ve Soy İçi Üreme
-
52.000 Yıllık Donmuş Mamut Derisinden Antik DNA Elde Edildi
-
Bu Toplu Mezar, Avrupa Genomunun Oluşumunu Aydınlatıyor
-
Tiny TnpB: Bitkiler için yeni nesil genom düzenleme aracı tanıtıldı
-
Bize Miras Kalan Neandertal DNA’sı, Otizm Duyarlılığını Etkiliyor
-
Papua Yeni Gine Yerlilerinin Genetik Adaptasyonları Keşfediliyor
-
Neolitik Dönemde Y Kromozomu Çeşitliliği Neden Azaldı?
-
Antik DNA ile Avarların Sosyal Yaşamı Ortaya Çıkıyor
-
Allopatrik türleşme nedir ? Nasıl Gelişir ?
-
Maryland’teki “Kölelerin” Yaşayan 42.000 Akrabası Bulundu
-
Araştırmacılar kediler, yunuslar, kuşlar ve düzinelerce başka hayvanın genom haritasını çıkarıyor
-
Kolombiya'da nadir görülen bir kuş türünde "gynandromorphy" gözlemlendi
-
Kurumaya dayanıklı bitkiler için genom veritabanı yayınlandı